DE102011001799B4

DE102011001799B4 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements sowie Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE102011001799B4
Application number: DE102011001799.2A
Authority: DE
Inventors: Sascha Reime; Dr. von Campe Hilmar; Berthold Schum; Dr. Metz Axel; Peter Roth; Bernd Meidel
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-02-02
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2018-01-25
Anticipated expiration: 2031-04-06
Also published as: DE102011001799A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Rückseitenkontakts eines Halbleiterbauelements, wobei auf die Rückseite eines aus kristallinem Silicium bestehenden Wafers (16) eine aus Aluminium bestehende oder dieses enthaltende Rückseitenschicht als erste Schicht (18) aufgetragen wird und auf diese durch ein thermisches Spritzverfahren zumindest bereichsweise eine zweite Schicht (12) aus einem zweiten Material aufgetragen wird, dessen Schmelztemperatur T2 ist und aus einem Metall oder einer Legierung des Metalls besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminium ganzflächig auf die Rückseite des Halbleiterbauelements aufgetragen wird, dass auf die zweite Schicht (12) zumindest eine dritte Schicht (14) aus einem dritten Material durch ein thermisches Spritzverfahren aus einem dritten Material aufgetragen wird, wobei sich die dritte Schicht (14) in Projektion der zweiten Schicht (12) flächenmäßig innerhalb der zweiten Schicht (12) erstreckt, dass das dritte Material eine Schmelztemperatur T3 mit T3 < T2 aufweist und aus einem Metall oder einer Legierung des Metalls besteht, dass als drittes Material ein solches verwendet wird, das von dem des zweiten Materials unterschiedlich ist, und dass dann, wenn die dritte Schicht (14) äußere Schicht des Rückseitenkontakts ist, diese Zinn enthält oder ihre Oberfläche verzinnt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Rückseitenkontakts eines Halbleiterbauelements, wobei auf die Rückseite eines aus kristallinem Silicium bestehenden Wafers eine aus Aluminium bestehende oder dieses enthaltende Rückseitenschicht als erste Schicht aufgetragen wird und auf diese durch thermische Spritzverfahren zumindest bereichsweise eine zweite Schicht aus einem zweiten Material aufgetragen wird, dessen Schmelztemperatur T₂ ist und aus einem Metall oder einer Legierung des Metalls besteht.
Auch bezieht sich die Erfindung auf ein Halbleiterbauelement, wie Solarzelle, mit einem einen Schichtaufbau aufweisenden Rückseitenkontakt zum stoffschlüssigen Verbinden mit zumindest einem elektrischen Verbinder, wie Zellenverbinder.
In der Halbleiterfertigung, insbesondere der Solarzellenproduktion, werden aus Produktionskostengründen gesinterte Metallkontakte auf der Vorder- oder Rückseite der Zelle eingesetzt.
Üblicherweise befindet sich auf der Rückseite einer Silizium-Solarzelle eine großflächige Aluminiumschicht, die durch Wärmebehandlung während der Herstellung der Solarzelle einem Sinterprozess ausgesetzt wird, wodurch gleichzeitig eine Passivierung der Solarzellenrückseite durch ein so genanntes Back-Surface-Field (BSF) geschaffen wird.
Beim Sintern wird die Aluminiumschicht, die sich in direktem Kontakt mit dem als erste Schicht zu bezeichnenden Siliziumsubstrat befindet, an der Grenzfläche zwischen der Aluminiumschicht und dem Siliziumsubstrat aufgeschmolzen und legiert mit der angrenzenden ersten Schicht. Beim Abkühlen erstarrt eine hoch mit A1 dotierte Siliziumschicht epitaktisch auf der dem Si zugewandten Rückseite des Wafers, also des Substrats. Simultan dazu erstarrt eine mit Silizium angereicherte Al-Schicht auf der der Al-Schicht zugewandten Seite, und am Schluss des Abkühlvorgangs erstarrt ein Al-Si-Eutektikum zwischen der hoch mit Aluminium dotierten Schicht und der mit Silizium angereicherten Schicht. Für die Passivierung der Solarzellenrückseite ist die hoch mit Aluminium dotierte epitaktisch aufgewachsene Siliziumschicht verantwortlich. Durch die hohe Al-Dotierung wird im Halbleitermaterial der Schicht ein Überschuss an negativ geladenen, ortsfesten Al-Akzeptoren gebildet, von denen ein die Minoritätsträger zurücktreibendes elektrisches Feld erzeugt wird, das so genannte Back-Surface-Field.
Wenn sich die Aluminiumschicht über die gesamte Rückseite der Solarzelle bzw. des Substrats erstreckt, gibt es jedoch ein löttechnisches Problem, da es nicht ohne Weiteres möglich ist, z. B. verzinnte oder nicht verzinnte Metallverbinder, insbesondere Kupferverbinder auf der Aluminiumrückseite direkt anzulöten. Um ungeachtet dessen die erforderliche elektrische Kontaktierung durchzuführen, werden üblicherweise Silberkontaktleiterbahnen oder Lötpunkte direkt auf die Substratoberfläche durch Siebdruck, Tampondruck oder andere geeignete Druckverfahren aufgebracht und an diese die verzinnten Kupferbänder angelötet. Folglich ist im Bereich der Lötkontakte eine Aussparung der Aluminiumschicht vorgesehen mit der Folge, dass sich in diesem Bereich kein Back-Surface-Field ausbilden kann, so dass die Solarzellenrückseitenfläche nicht vollständig elektrisch passiviert ist und hierdurch lokal geringere Fotoströme auftreten. Dies hat negative Folgen für die Höhe des Wirkungsgrades. Mittels des Kontaktes, den diese Erfindung vorsieht, wird die ganzflächige Passivierung der Rückseite erreicht und dadurch der optimale Wirkungsgrad erzielt.
Da Silber als Rohstoff ein teures Material ist, sollte auch zur Reduzierung der Herstellungskosten darauf verzichtet werden. Daher ist es wünschenswert, den Ag-Kontakt ganz zu vermeiden.
Ein unmittelbares Löten der Kontaktbänder auf der Aluminiumschicht ist aus mehreren Gründen schwer möglich. Ein Grund liegt in der oxidierten Oberfläche der Al-Partikel. Ein weiterer Grund ist, dass die Aluminiumoberseite aufgrund des Sinterprozesses nicht im hinreichenden Umfang zusammenhängend ausgebildet ist. So entsteht während des Sinterprozesses über der mit Si dotierten Legierungsschicht eine Al-Schicht in Form von aus einzelnen kugelförmigen zusammengesinterten Al-Partikeln (Sinterschicht), bei der kein geschlossener, sondern ein relativ locker gesinterter Verbund aus Aluminium vorliegt, der in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Aluminiumpaste bzw. der Prozessparameter beim Sintern mehr oder weniger porös ist. Die Poren können mit Glasbestandteilen ausgefüllt sein.
Sollte es ungeachtet dessen gelingen, auf dieser Sinter-Aluminium-Schicht zu löten, so würde jedoch aufgrund der Porosität und hierdurch bedingten Instabilität der Schicht nur ein sehr geringer Halt gegeben sein.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es bekannt, auf die Rückseite der Solarzelle eine sehr dünne PVD-Aluminiumschicht abzuscheiden. Auf die Aluminiumschicht wird sodann mit einem Plasmadust-Verfahren lokal begrenzt Lotpulver mit einer Schichtdicke zwischen 5 μm und 30 μm abgeschieden. Hierbei handelt es sich um Silbermischungen, um die Kontaktierung zum Aluminium zu verbessern (s. productronic 4-2010, Seiten 37, 38).
In Photon, April 2010, Seite 80, wird als Alternative zu Siebdruckpasten zur Herstellung eines Kontakts auf Solarzellen ein nicht-thermisches Plasma-Verfahren beschrieben, um beliebige Linienstrukturen mit Schichtdicken zwischen 1 μm und 100 μm auf einen Wafer aufzutragen. Auch wird die Möglichkeit angesprochen, eine zusätzliche Metallschicht auf Stromsammelschienen aufzubringen, die zuvor per Siebdruck hergestellt worden sind.
Der DE 10 2006 013 336 A1 ist ein Kontaktierungsverfahren für ein Halbleiterbauelement wie Solarzelle zu entnehmen. Das Halbleiterbauelement weist rückseitig eine elektrische Schicht, eine über diese sich erstreckende aus einer metallischen Paste hergestellte Diffusionsbarriere und auf diese aufgebrachte Metallisierungen auf. Die metallische Paste wird durch eine Drucktechnik und die Metallisierung durch Galvanisieren oder stromloses Abscheiden aufgetragen.
Gegenstand der US 2004/0 154 658 A ist eine Solarzelle, die rückseitig eine flächige Aluminiumschicht mit Aussparungen aufweist, in die Silberpads eingebracht sind, auf die ihrerseits eine bleifreie Lotschicht aufgetragen ist.
Eine Solarzelle ist der US 6 214 636 B mit einem aus Metall bestehenden Träger und frontseitig verlaufendem ITO Film zu entnehmen. Zur Ausbildung von Kontakten werden einer Silberpaste Nickelpartikel zugegeben, um sodann ein Flussmitel aufzutragen.
Aus der US 2001/0035129 A1 ist eine Solarzelle bekannt, bei der ein Metallgitterkontakt mittels Plasmaspritztechnik aufgetragen wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass im Vergleich zum Stand der Technik eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses von Rückseitenkontakten von Halbleiterbauelementen, insbesondere Solarzellen, erfolgt und eine einfache und sichere Verschaltung von Solarzellen ermöglicht wird. Auch sollen die Herstellkosten gesenkt und der Wirkungsgrad des Halbleiterbauelements wie der Solarzelle verbessert werden.
Zur Lösung der Aufgabe wird verfahrensmäßig im Wesentlichen vorgeschlagen, dass das Aluminium ganzflächig auf die Rückseite des Halbleiterbauelements aufgebracht wird, dass auf die zweite Schicht aus einem zweiten Material mit einer Schmelztemperatur T₂ durch ein thermisches Spritzverfahren zumindest eine dritte Schicht aus einem dritten Material aufgetragen wird, wobei sich die dritte Schicht in Projektion der zweiten Schicht flächenmäßig innerhalb der zweiten Schicht erstreckt, dass das dritte Material eine Schmelztemperatur T₃ mit T₃ < T₂ aufweist und aus einem Metall oder einer Legierung des Metalls besteht, dass als drittes Material ein solches verwendet wird, das von dem des zweiten Materials unterschiedlich ist, und dass dann, wenn die dritte Schicht äußere Schicht des Rückseitenkontakts ist, diese Zinn enthält oder ihre Oberfläche verzinnt wird.
Erfindungsgemäß wird ein Mehrschichtsystem vorgeschlagen, bei dem zunächst in konventioneller Art die Rückseite des Halbleiterbauelements mit einer Aluminiumschicht oder einer Aluminium enthaltenden Schicht vollständig abgedeckt wird. Dies erfolgt insbesondere durch Druckverfahren wie Siebdruck- oder Tampondruckverfahren. Nach dem sodann durchzuführenden Sinterprozess ergibt sich eine Schicht aus einzelnen kugelförmigen zusammengesinterten Aluminiumpartikeln (Sinterschicht), die einen relativ locker gesinterten Verbund aus Aluminium darstellt, der in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der zur Herstellung der Aluminiumschicht benutzten Aluminiumpaste bzw. der Prozessparameter beim Sintern mehr oder weniger porös ist. Auf die flächige Schicht wird sodann in der gewünschten Struktur die zweite Schicht durch thermische Spritzverfahren aufgetragen. Insbesondere ist die Struktur streifen- bzw. balkenförmig, wie dies bei Solarzellen zur Ausbildung von Stromsammelschienen bekannt ist.
Auf die zweite Schicht wird sodann erneut durch thermisches Spritzverfahren eine dritte Schicht aufgetragen.
Als Material für die dritte Schicht wird ein solches ausgewählt, dessen Schmelztemperatur geringer als die der zweiten Schicht ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass dann, wenn die dritte Schicht äußere Schicht des Schichtsystems ist, und mit dieser ein Verbinder wie Zellenverbinder im Lötprozess stoffschlüssig verbunden wird, die zweite Schicht nicht aufschmilzt. Die zweite Schicht kann daher auch als Haft- oder Kontaktvermittlerschicht bezeichnet werden.
In Weiterbildung der Erfindung und insbesondere um zu vermeiden, dass ein Durchlegieren des Zinns, das zum Löten der Verbinder in der äußersten Schicht vorliegt, unterbleibt, ist vorgesehen, dass auf die dritte Schicht eine vierte Schicht durch thermisches Spritzverfahren aufgetragen werden kann, die sodann Zinn enthält oder oberflächlich mit Zinn versehen wird. In diesem Fall dient die dritte Schicht als Veredelungsschicht und die vierte Schicht erwähntermaßen als Sperrschicht gegen ein Durchlegieren.
Die zweite Schicht, die erwähntermaßen dem Grunde nach eine Haftvermittlerschicht ist, sollte eine Dicke < 20 μm aufweisen.
Die dritte Schicht wird insbesondere mit einer Dicke zwischen 10 μm und 100 μm aufgetragen. Gleiches gilt für eine etwaige vierte Schicht.
Als Material für die zweite Schicht wird als Metall zumindest eines aus der Gruppe Aluminium, Kupfer, Nickel, Titan, Vanadium oder Zink oder eine Legierung zumindest eines Metalls aus der Gruppe ausgewählt.
Das Material der dritten Schicht, das von der der zweiten Schicht abweicht, sollte aus der Gruppe Zinn, Bleizinn, Kupfer, Silber, Gold, Zink, Nickel, Vanadium, Palladium oder eine Legierung von zumindest einem zuvor genannten Metall ausgewählt werden.
Die vierte Schicht, die eine Schutzschicht ist, sollte ein Metall aus der Gruppe Zink, Vanadium, Silber, Gold, Kupfer oder eine Legierung von zumindest einem dieser Metalle sein.
Das thermische Spritzverfahren, das zur Anwendung gelangt, um die zweite, dritte und gegebenenfalls vierte Schicht aufzutragen, ist ein Kalt- oder Heiß-Plasmaspritzverfahren oder Flammspritzverfahren.
Ein Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass auf der Rückseite des Halbleiterbauelements aufgetragener Schichtaufbau zumindest eine die Rückseite des Halbleiterbauelements flächig abdeckende erste Schicht aus Aluminium oder Aluminium enthaltend aufweist, sowie eine bereichsweise auf die erste Schicht durch enthaltend aufweist, sowie Spritzverfahren aufgetragene zweite Schicht aus einem aus Metall oder einer Legierung des Metalls bestehenden zweiten Material mit einer Schmelztemperatur T₂ und eine auf die zweite Schicht durch ein thermisches Spritzverfahren aufgetragene äußere Schicht aus einem von der zweiten Schicht unterschiedlichen Material mit einer Schmelztemperatur T₃ mit T₃ < T₂, wobei die auf die zweite Schicht aufgetragene dritte Schicht in Projektion der zweiten Schicht flächenmäßig sich innerhalb dieser erstreckt.
Ein diesbezüglicher Schichtaufbau stellt sicher, dass ein problemloses Anlöten oder Anschweißen von Verbindern an die äußere Schicht erfolgt, ohne dass ein Durchlegieren des in der äußeren Schicht vorhandenen Zinns erfolgt. Gleichzeitig ist durch die flächige Auftragung der aus Aluminium bestehenden oder Aluminium enthaltenden ersten Schicht sichergestellt, dass dann, wenn das Halbleiterbauelement eine Solarzelle ist, über die gesamte Rückseitenfläche eine ein Back-Surface-Field bildende Schicht vorliegt.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines Verfahrensablaufs zur Ausbildung eines Rückseitenkontakts,
2 eine Explosionszeichnung einer Schichtfolge,
3 eine Prinzipdarstellung eines Rückseitenkontakts eines Halbleiterbauelements,
4 eine Prinzipdarstellung eines rückseitigen Schichtbaufbaus eines Halbleiterbauelementes,
5 Prinzipdarstellungen von einer auf einer ersten Schicht aufgebrachten zweiten Schicht eines Rückseitenkontakts eines Halbleiterbauelementes und
6 Rückansichten eines Halbleiterbauelementes.
Auch wenn sich die Erfindung ganz allgemein auf die Herstellung eines Rückseitenkontakts eines Halbleiterbauelements bezieht, wird die Erfindung nachstehend am Beispiel einer Solarzelle erläutert, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll.
Um einen Rückseitenkontakt einer Solarzelle mit einem Verbinder stoffschlüssig zu verbinden, über den die Solarzelle mit einer anderen Solarzelle verschaltet wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass auf der Rückseite der Solarzelle ein mehrschichtiger Rückseitenkontakt ausgebildet wird, der kostengünstig herstellbar ist und gleichzeitig sicherstellt, dass mit der Solarzelle ein hoher Wirkungsgrad erzielbar ist. Hierzu wird auf einem aus kristallinem Silizium bestehenden Wafer 16, der zur Ausbildung eines pn-Übergangs in gewohnter Weise prozessiert wird, auf der Rückseite ganzflächig durch Siebdruck- oder Tampon-Druckverfahren eine Aluminiumschicht 18 aufgetragen, die eine Dicke von 30 μm bis 50 μm aufweisen kann. Sodann wird der Wafer 16 mit der ganzflächig aufgetragenen Aluminiumschicht 18 einem Sinterprozess ausgesetzt, so dass sich eine äußere Aluminiumsinterschicht ausbildet. Der entsprechende Wafer 16 mit der ganzflächig aufgetragenen Aluminiumschicht 18 als erste Schicht ist in der 1 mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet.
Sodann wird durch ein thermisches Spritzverfahren, insbesondere kaltes oder heißes Thermospritzen oder Flammspritzen, vorzugsweise durch plasmaunterstütztes Pulverspritzverfahren eine zweite Schicht 12 aufgetragen, die bereichsweise die erste Schicht abdeckt und vorzugsweise eine streifen- bzw. balkenförmige Struktur aufweist, um bei der fertigen Solarzelle die Funktion von Stromsammelschienen bzw. Querverbindern auszuüben. Die zweite Schicht weist eine Dicke bis zu 20 μm auf und besteht entweder aus einem reinen Metall oder einer Legierung. Als Metall für die zweite Schicht wird eines aus der Gruppe Aluminium, Silber, Kupfer, Nickel, Titan, Zink ausgewählt. Die Breite der Streifen beläuft sich jeweils vorzugsweise auf zwischen 2 mm und 3 mm.
Entsprechend der unteren Darstellung in 1 wird sodann auf die zweite Schicht 12 eine dritte Schicht 14 ebenfalls durch thermisches Spritzverfahren aufgetragen, wobei Plasmaspritzen oder Flammspritzen als geeignete Verfahren zu nennen sind. Die dritte Schicht 14 besteht aus Metall oder einer Legierung, wobei ein Metall aus der Gruppe Kupfer, Zinn, Bleizinn, Gold, Silber, Zink, Nickel, Vanadium, Palladium gewählt wird. Unabhängig hiervon wird als Material für die dritte Schicht 14 ein solches ausgewählt, dass von dem der zweiten Schicht abweicht. Ferner weist die dritte Schicht eine Schmelztemperatur auf, die kleiner als die der zweiten Schicht 12 ist, so dass dann, wenn mit der dritten Schicht 14 ein Verbinder stoffschlüssig verbunden werden soll – sei es durch Löten oder durch Schweißen –, ein Aufschmelzen der zweiten Schicht 12 nicht erfolgt. Somit kann in der dritten Schicht 14 vorhandenes Zinn nicht durchlegieren.
Die dritte Schicht 14 erstreckt sich flächig innerhalb der zweiten Schicht 12 und weist demzufolge gleichfalls vorzugsweise eine Linien- bzw. Streifengeometrie auf. Die Dicke beläuft sich auf zwischen 1 μm und 100 μm, vorzugsweise 10 μm und 50 μm.
Ein entsprechender Schichtaufbau ist auch den 2 und 3 zu entnehmen. Man erkennt einen Wafer 16 mit einer auf diesem ganzflächig gedruckten Aluminiumschicht 18, auf den sodann streifenförmig die zweite Schicht 12 und sodann die dritte Schicht 14 aufgetragen ist. Die 4 verdeutlicht, dass sich die dritte Schicht 14 flächig innerhalb der zweiten Schicht 12 erstreckt.
Die Darstellungen verdeutlichen, dass der Begriff „Schicht” nicht so auszulegen ist, dass eine großflächige Erstreckung erfolgen muss. Vielmehr fallen Merkmale wie Streifen, Balken, Bahnen oder Kontaktpunkte gleichfalls unter „Schicht”.
Vorzugsweise ist als Kombination von Materialien der zweiten und dritten Schicht 12, 14 Al-Cu oder Cu-Ag oder Cu-Zn oder Cu-Ni oder Ni-V oder Ti-Pd zu nennen.
Es besteht auch die Möglichkeit, auf die dritte Schicht 14 eine weitere Metallschicht (vierte Schicht) aufzutragen, die sodann mit dem Verbinder stoffschlüssig verbunden ist. Als Material für die vierte Schicht wird ein Metall aus der Gruppe Vanadium, Silber, Gold, Kupfer, Zink ausgewählt, wobei auch anstelle eines Reinmetalls eine Legierung in Frage kommt.
Die Dicke der vierten Schicht beträgt in etwa 10 μm bis 100 μm. Ferner kann sich die vierte Schicht flächig innerhalb der dritten Schicht 14 erstrecken.
Die jeweils äußere Schicht – also im Ausführungsbeispiel der Figuren die dritte Schicht 14 – ist verzinnt, um beim stoffschlüssigen Verbinden mittels Löten oder Schweißen eine feste Verbindung mit Zellenverbindern herstellen zu können.
Sofern eine vierte Schicht auf die dritte Schicht 14 aufgetragen wird, sollte die zweite Schicht 12, die dritte Schicht 14 sowie die vierte Schicht eine Materialkombination Cu-Ni-V oder Ti-Pd-Ag oder Ti-Pd-Au oder Ti-Pd-Cu aufweisen.
Die dritte Schicht 14 dient als Veredelung der Oberfläche gegen Oxidation und Korrosion, so dass ein sicheres und funktionsfähiges Verschalten von Solarzellen sichergestellt ist.
Den 4 bis 6 sind in Prinzipdarstellung weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lehre zu entnehmen, wobei – wie bei den 1 bis 3 – für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
Der 4 ist der Schichtaufbau zu entnehmen, wie dieser auf der Rückseite des Wafers 16 vorgesehen ist. So ist zunächst die ganzflächig oder im Wesentlichen ganzflächig aufgetragene aus Aluminium bestehende oder Aluminium enthaltende erste Schicht 18 dargestellt. Auf diese wird die zweite Schicht 12 durch thermisches Spritzverfahren aufgetragen. Die dritte Schicht 14 verläuft derart auf der zweiten Schicht 12, dass die Projektion der dritten Schicht 14 in Richtung der zweiten Schicht 12 innerhalb der zweiten Schicht 12 verläuft.
Auf die dritte Schicht 14 wird sodann ebenfalls im Spritzverfahren eine vierte Schicht 20 aufgetragen, die sich innerhalb der flächigen Erstreckung der dritten Schicht 14 (4a).
Die Schichten 12, 14, 20 weisen in Draufsicht auf den Wafer 16 eine bahn- oder streifenförmige Geometrie auf. Gemäß der nachstehend erläuterten 6 kann jedoch in Draufsicht eine ovale kreisförmige Geometrie vorliegen.
Die 5 soll prinzipiell verdeutlichen, welche Geometrien die zweite Schicht 12 aufweisen kann, die durch thermisches Spritzen auf die erste Schicht 18 aufgetragen wird. Nach der 5a) kann die die streifenförmige Geometrie aufweisende zweite Schicht 12 im Schnitt eine Rechteckgeometrie aufweisen. Nach der 5b) weist die Schicht 12 im Schnitt die Form eines Abschnitts einer Ellipse oder Tropfens auf. Gemäß 5c) ergibt sich eine Geometrie, nach der die Oberseite der streifenförmigen Schicht 14 eine rinnenförmige Vertiefung aufweist. Schließlich ist auch gemäß 5d) eine Geometrie möglich, die im Schnitt einem Trapez entspricht, wobei größere Basis sich entlang der ersten Schicht 18 erstreckt.
Sind bevorzugterweise die aus den Schichten 18, 12, 14, 20 bestehenden Rückseitenkontakte des Halbleiterbauelements wie insbesondere Solarzelle streifenförmig ausgebildet, wie dies anhand der linken Darstellung in 6 verdeutlicht ist, in der die streifenförmig übereinander angeordneten Schichten 12, 14 und ggfs. die auf diesen verlaufende Schicht 20 mit dem Bezugszeichen 22 gekennzeichnet sind, so können die Schichten 12, 14 – und ggfs. 20 – auch punktuell entsprechend der mittleren und rechten Darstellung in 6 ausgebildet sein. Die punktuellen Bereiche können dabei in Draufsicht eine Rechteckform (Bezugszeichen 24) oder eine Kreisform (Bezugszeichen 26) aufweisen.
Erfindungsgemäß wird ein Mehrschichtsystem vorgeschlagen, bei dem dem Grunde nach die gesamte Rückseite des Wafers mit einer Aluminiumschicht abgedeckt ist, um dann, wenn es sich bei dem Halbleiterbauelement um eine Solarzelle handelt, ein sich über die gesamte Rückseite der Solarzelle erstreckendes Back-Surface-Feld zu erzeugen. Sodann werden streifen- oder punktförmig zumindest zwei Schichten, d. h. die Schichten 12, 14, ggfs. drei Schichten, d. h. die Schichten 12, 14, 20 auf die Aluminiumschicht 18 durch thermisches Spritzverfahren aufgebracht, um Rückseitenkontaktbereiche zur Verfügung zu stellen, die problemlos stoffschlüssig mit Verbindern verbunden werden können.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Rückseitenkontakts eines Halbleiterbauelements, wobei auf die Rückseite eines aus kristallinem Silicium bestehenden Wafers (16) eine aus Aluminium bestehende oder dieses enthaltende Rückseitenschicht als erste Schicht (18) aufgetragen wird und auf diese durch ein thermisches Spritzverfahren zumindest bereichsweise eine zweite Schicht (12) aus einem zweiten Material aufgetragen wird, dessen Schmelztemperatur T₂ ist und aus einem Metall oder einer Legierung des Metalls besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminium ganzflächig auf die Rückseite des Halbleiterbauelements aufgetragen wird, dass auf die zweite Schicht (12) zumindest eine dritte Schicht (14) aus einem dritten Material durch ein thermisches Spritzverfahren aus einem dritten Material aufgetragen wird, wobei sich die dritte Schicht (14) in Projektion der zweiten Schicht (12) flächenmäßig innerhalb der zweiten Schicht (12) erstreckt, dass das dritte Material eine Schmelztemperatur T₃ mit T₃ < T₂ aufweist und aus einem Metall oder einer Legierung des Metalls besteht, dass als drittes Material ein solches verwendet wird, das von dem des zweiten Materials unterschiedlich ist, und dass dann, wenn die dritte Schicht (14) äußere Schicht des Rückseitenkontakts ist, diese Zinn enthält oder ihre Oberfläche verzinnt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die dritte Schicht (14) eine vierte Schicht (20) durch ein thermisches Spritzverfahren aufgetragen wird und dass dann, wenn die vierte Schicht (20) freie äußere Schicht des Rückseitenkontakts ist, diese Zinn enthält oder ihre Oberfläche verzinnt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (12) streifen- oder balkenförmig auf die erste Schicht (18) aufgetragen wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (12) mit einer Dicke D2 mit D2 ≤ 20 μm aufgetragen wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schicht (14) mit einer Dicke D3 mit 10 μm ≤ D3 ≤ 100 μm aufgetragen wird, dass die vierte Schicht (20) mit einer Dicke D4 mit 0,1 μm ≤ D4 ≤ 10 μm aufgetragen wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die zweite Schicht (12) ein Metall zumindest eines aus der Gruppe Aluminium, Silber, Kupfer, Nickel, Titan oder Zink oder eine Legierung zumindest eines Metalls aus der Gruppe ausgewählt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die dritte Schicht (14) ein Metall zumindest eines aus der Gruppe Zinn, Bleizinn, Kupfer, Silber, Gold, Zink, Nickel, Vanadium, Palladium oder eine Legierung von zumindest einem zuvor genannten Metall ausgewählt wird, oder wenn die dritte Schicht (14) äußere Schicht des Rückseitenkontakts ist, Zinn in Kombination mit zumindest einem der zuvor genannten Metalle.
Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die vierte Schicht (20) ein Metall aus der Gruppe Vanadium, Silber, Gold, Kupfer oder eine Legierung von zumindest einem Metall aus der Gruppe ausgewählt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als thermisches Spritzverfahren Plasmaspritzen oder thermisches Spritzen eingesetzt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Aluminium bestehende Rückseitenschicht (18) durch Siebdruck oder Tampondruck auf die Rückseite des Halbleiterbauelements aufgetragen wird.
Halbleiterbauelement, mit einem einen Schichtaufbau aufweisenden Rückseitenkontakt zum stoffschlüssigen Verbinden mit zumindest einem elektrischen Verbinder wie Zellenverbinder, wobei der Schichtaufbau des Rückseitenkontakts umfasst zumindest eine die Rückseite des Halbleiterbauelements flächig abdeckende erste Schicht (18) aus Aluminium oder Aluminium enthaltend, eine bereichsweise auf die erste Schicht durch ein thermisches Spritzverfahren aufgetragene zweite Schicht (12) aus einem aus Metall oder einer Legierung des Metalls bestehenden zweiten Material mit einer Schmelztemperatur T₂ und eine auf die zweite Schicht (12) durch ein thermisches Spritzverfahren aufgetragene dritte Schicht (14) aus einem von der zweiten Schicht unterschiedlichen Material mit einer Schmelztemperatur T₃ mit T₃ < T₂, wobei die auf die zweite Schicht (12) aufgetragene dritte Schicht (14) in Projektion der zweiten Schicht flächenmäßig sich innerhalb dieser erstreckt.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall der zweiten Schicht (12) zumindest eines aus der Gruppe Aluminium, Silber, Kupfer, Nickel, Titan oder Zink oder eine Legierung zumindest eines Metalls aus der Gruppe ist und/oder dass eine auf die zweite Schicht aufgetragene dritte Schicht (14) ein Metall aus der Gruppe Aluminium, Silber, Kupfer, Nickel, Titan oder Zink oder eine Legierung zumindest eines Metalls aus der Gruppe und/oder dass eine auf die dritte Schicht aufgetragene vierte Schicht (20) ein Metall aus der Gruppe Vanadium, Silber, Gold, Kupfer oder eine Legierung von zumindest einem Metall aus der Gruppe ist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement eine Solarzelle ist.